车辆氢气加注系统及加注方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆氢气加注系统及加注方法，属于氢气加注技术领域，所述加注系统包括充装柱、连接在充装柱出气端上的第一压缩机、连接在第一压缩机出气端上的第二压缩机，所述第一压缩机用于对来自充装柱的氢气进行初级加压，所述第二压缩机用于对第一压缩机压缩后的氢气进行进一步加压，所述第一压缩机为活塞式压缩机，所述第二压缩机为隔膜式压缩机。所述加注方法为所述加注系统的使用方法。采用本方案提出的技术方案，在保障加氢站供气流量的前提下，可有效降低加氢站的设备故障率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
车辆氢气加注系统及加注方法


[0001]本专利技术涉及加氢
，特别是涉及一种车辆氢气加注系统及加注方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着环保意识以及技术能力的增强，现有市场上新能源汽车的占比正在逐年增大，按照新能源汽车的动力系统结构，新能源汽车可分为多种，主要可以分为纯电动汽车(Electric Vehicle，EV)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、燃料电池汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)三种类型。
[0003]燃料电池汽车主要指的是氢燃料电池汽车，相较于其他车辆动力系统，由于使用氢气作为燃料，反应产物只有水，对环境不会造成任何污染；车用燃料电池的能量转化效率能达到60％，远远高于传统内燃机的能量转化效率；燃料电池汽车的加氢时间短，续驶里程也可以达到传统汽车的水平；考虑车辆配重，氢燃料电池还具有能量密度高的特点。
[0004]加氢站为氢燃料电池汽车运用的基础设施。目前的加氢站，通常采用氢气长管拖车在加氢母站加氢，通过公路运输到加氢站，利用卸气柱将氢气长管拖车和站内设备连接。而后采用压缩机，将拖车内20MPa的氢气加压到最高45MPa，依次充装进入车载高压氢气罐、高压储气瓶组、中压储气瓶组中，直至瓶组压力达到45MPa，压缩机停机。当有车辆需要加氢时，根据实际氢气来源，如依次从氢气长管拖车、中压储气瓶组、高压储气瓶组、压缩机取气，直至向车辆中加注到设定压力值的氢气；当加氢站储气瓶组的压力低于设定值时，压缩机启动，通过断续工作的方式维持储气瓶组中的压力；当拖车长管内压力值低到一定程度时，拖车返回加氢母站加氢。
[0005]现有技术中，如申请号为CN202121541295.5、CN202110332678.X等专利申请文件，均提供了与加氢站有关的加氢工艺和/或氢气供给系统，采用这些方案，具有以下有益效果中的一种或几种：降低汽车加气成本、提升供气系统的安全性、降低加气站的能耗。
[0006]对车用加氢站的技术方案进行进一步优化，无疑对我国新能源汽车的推广具有促进意义。

技术实现思路

[0007]针对上述提出的对车用加氢站的技术方案进行进一步优化，无疑对我国新能源汽车的推广具有促进意义的技术问题，本专利技术提供了一种车辆氢气加注系统及加注方法。采用本方案提出的技术方案，在保障加氢站供气流量的前提下，可有效降低加氢站的设备故障率。
[0008]针对上述问题，本专利技术提供的车辆氢气加注系统及加注方法通过以下技术要点来解决问题：车辆氢气加注系统，包括充装柱、连接在充装柱出气端上的第一压缩机、连接在第一压缩机出气端上的第二压缩机，所述第一压缩机用于对来自充装柱的氢气进行初级加压，所述第二压缩机用于对第一压缩机压缩后的氢气进行进一步加压，所述第一压缩机为活塞式压缩机，所述第二压缩机为隔膜式压缩机。
[0009]现有技术中，车辆氢气加注系统一般通过充气柱连接氢气长管拖车，而后利用单级或多级加压装置对来自氢气长管拖车的压缩气体进行进一步加压，被加压的气体通过加氢机直接注入车辆储气罐或暂存于加注系统的储气罐中，加注系统储气罐中的氢气亦用于通过加氢机加注到车辆储气罐中。现有车辆氢气加注系统参数设计中，如申请号为CN202110332678.X提供的技术方案，一般需要将系统末级的氢气压力加压到45MPa，同时考虑到加压过程中的压差，需要在系统中形成多个等级的压力值，现有较为常见的运用为采用两次充装完成氢气加气：首先利用压缩机获得的20～30MPa的压缩氢气，对车辆储气罐进行如为20MPa的首次充装；而后利用压缩机获得的40MPa以上的压缩氢气，对车辆储气罐进行如为35MPa的再次充装，具体加压过程中涉及到液压增压系统的运用需要考虑增压系统用流体对车辆介质注入的影响，这对氢气加注系统的操作要求、安全设施、程序控制等提出了更高的要求。
[0010]虽然申请号为CN201320237711.1提供的技术方案公开了一种采用活塞式压缩机、隔膜式压缩机联动，以适用于氢气气瓶充装的压缩机组方案，但现有技术中，并不存在活塞式压缩机、隔膜式压缩机共同运用于车辆氢气加注系统的运用。同时本方案考虑到现有技术中对车辆氢气加注时气压大小的要求，提供了一种可将活塞式压缩机作为氢气压缩的前级，隔膜式压缩机作为氢气压缩的后级的技术方案。
[0011]具体的，本方案考虑到在对车辆储气罐进行氢气加注时，加注末了车辆储气罐中的压力一般需要大于或等于35MPa，压缩机末级或末端压缩机的排气压力需要大于35MPa的参数要求，提供了一种包括活塞式压缩机以及隔膜式压缩机的压缩机组，以达到在保障加氢站供气流量的前提下，可有效降低加氢站的设备故障率目的的方案。具体的，现有车辆氢气加注系统通常采用的压缩设备包括压缩机和高压泵，采用高压泵辅助纯净水加以加压的方案，需要考虑纯净水被直接注入车辆储气罐或在气流的作用下被引入车辆储气罐的问题；为达到所需的压力值，如采用活塞式压缩机完成各级加压，现有可用的活塞式压缩机技术存在如下问题：即使采用多级压缩工艺将氢气加压到45MPa及以上，处于后方特别是末级的活塞式压缩机效率低、故障率高(一般数小时即会造成压缩机被损坏)且工作噪音和振动较大；如采用如CN202121541295.5提供的膜片式压缩机，考虑到加注系统的氢气加注能力，相应压缩机膜头部分体积较大、所需要的压缩机数量较多、压缩机的设置成本和维护成本较高。采用以上方案，使用为第一压缩机用于初级压缩，具体可运用为出气压力低于25MPa(如采用22MPa)时，在满足投资成本低、设备价格低以及对流量要求的情况下，现有技术中的活塞式压缩机可较好的适应工况要求，同时具有能够接受的故障时间、维护成本以及工作振动和噪音；使用为第二压缩机用于进一步压缩，具体可运用为出气压力大于35MPa(如采用45MPa)时，由于进入第二压缩机的氢气经过了初级压缩，进一步压缩过程导致的温度变化关联的压缩机效率问题在可接受范围内、在现有隔膜式压缩机设计参数下采用少量数量的第二压缩机即可满足对氢气产量的要求(如采用一台用电功率在150～200KW区间的活塞式压缩机(流量1000Nm3/h、入口压力：1MPa；出口压力：22MPa)，配套两台用电功率在40～50KW区间的隔膜式压缩机(流量500Nm3/h、入口压力：20MPa；出口压力：45MPa)即可满足一般加气站对氢气产量的要求)、进一步压缩过程中噪音和振动减小。
[0012]作为所述车辆氢气加注系统更进一步的技术方案：
[0013]以活塞式压缩机为例，虽然现有活塞式压缩机的流量调节对出口压力的影响较
小，但活塞式压缩机和隔膜式压缩机均具有最大出气流量；常见的，用于对压缩气体进行暂存的储气罐通过管道直接排出的压缩气体的排气流量可设计为大于所述最大出气流量。作为一种加注系统未连接车辆储气罐时，能够利用储气罐收集压缩后的气体，在对系统氢气输出流量要求较大的情况下，通过储气罐排出的气体完成氢气向车辆快速注入，减小压缩机在系统运行过程中启动次数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.车辆氢气加注系统，包括充装柱(1)、连接在充装柱(1)出气端上的第一压缩机(2)、连接在第一压缩机(2)出气端上的第二压缩机(5)，所述第一压缩机(2)用于对来自充装柱(1)的氢气进行初级加压，所述第二压缩机(5)用于对第一压缩机(2)压缩后的氢气进行进一步加压，其特征在于，所述第一压缩机(2)为活塞式压缩机，所述第二压缩机(5)为隔膜式压缩机。2.根据权利要求1所述的车辆氢气加注系统，其特征在于，还包括通过第一管道与第一压缩机(2)出气端相连的第一储气罐(4)；还包括通过第二管道与第二压缩机(5)出气端相连的第二储气罐(6)；还包括加氢机(7)及顺序阀组(3)；所述顺序阀组(3)的出气端通过第三管道与加氢机(7)的氢气进气端相连；所述第一储气罐(4)的出气端通过第四管道与顺序阀组(3)的进气端相连；所述第二储气罐(6)的出气端通过第五管道与顺序阀组(3)的进气端相连。3.根据权利要求2所述的车辆氢气加注系统，其特征在于，所述第一压缩机(2)的出气端通过第六管道与顺序阀组(3)的进气端相连；所述第二压缩机(5)的出气端通过第七管道与顺序阀组(3)的进气端相连；所述第一储气罐(4)的出气端通过第八管道与第二压缩机(5)的进气端相连。4.根据权利要求1所述的车辆氢气加注系统，其特征在于，还包括通过第一管道与第一压缩机(2)出气端相连的第一储气罐(4)；还包括通过第二管道与第二压缩机(5)出气端相连的第二储气罐(6)；所述第一储气罐(4)与第二储气罐(6)均包括多个气瓶(8)；所述第一储气罐(4)与第二储气罐(6)两者中，各者上的气瓶(8)均呈并联关系，在任意一者上：气瓶(8)的进气端均设置有进气总管，气瓶(8)的出气端均设置有出气总管，各气瓶(8)的进气端均通过单独的进气支管与进气总管相连，各气瓶(8)的出气端均通过单独的出气支管与出气总管相连，各进气支管及出气支管上均设置有截断阀；第一储气罐(4)的进气总管与第一压缩机(2)出气端相连；第二储气罐(6)的进气总管与第二压缩机(5)出气端相连。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的车辆氢气加注系统，其特征在于，所述第二压缩机(5)的数量多于第一压缩机(2)的数量。6.车辆氢气加注方法，其特征在于，该加注方法采用权利要求1至5中任意一项所述的加注系统对车辆进行氢气加注；所述加注方法包括氢气加压步骤；在氢气加压步骤中，采用第一压缩机(2)对来自充装柱(1)的氢气进行初级加压，采用第二压缩机(5)对第一压缩机(2)压缩后的氢气进行进一步加压。7.根据权利要求6所述的车辆氢气加注方法，其特征在于，所述加注系统还包括：通过第一管道与第一压缩机(2)出气端相连的第一储气罐(4)；还包括通过第二管道与第二压缩机(5)出气端相连的第二储气罐(6)；还包括加氢机(7)及顺序阀组(3)；所述顺序阀组(3)的出气端通过第三管道与加氢机(7)的氢气进气端相连；所述第一储气罐(4)的出气端通过第四管道与顺序阀组(3)的进气端相连；
所述第二储气罐(6)的出气端通过第五管道与顺序阀组(3)的进气端相连；所述第一压缩机(2)的出气端通过第六管道与顺序阀组(3)的进气端相连；所述第二压缩机(5)的出气端通过第七管道与顺序阀组(3)的进气端相连；所述第一储气罐(4)的出气端通过第八管道与第二压缩机(5)的进气端相连；所述加注方法包括氢气注入步骤，所述氢气注入步骤为将所述加压步骤获得的压缩氢气注入到车辆的储气罐中；所述氢气注入步骤采用如下方式完成：S1、将第一压缩机(2)出气端排出的气体和/或第一储气罐(4)存储的气体注入到车辆的储气罐中，直至车辆储气罐中的气压与第一压缩机(2)的排气压力和/或第一储气罐(4)的气压相等；S2、通过顺序阀组(3)调整注入车辆储气罐中氢气的来源，且调整为：将第二压缩机(5)出气端排出的气体和/或第二储气罐(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，程万波，张家国，朱文军，单忆恩，林国强，
申请(专利权)人：自贡东方通用压缩机有限公司，
类型：发明
国别省市：